A unas pocas millas al sur de Lovell, Wyoming, cerca de la frontera con Montana, el ferrocarril del norte de Burlington comienza una escalada gradual de pastos y bosques de álamos. La pista se eleva hacia un desfiladero color miel que atraviesa la piedra caliza de Madison, una formación ya antigua cuando los dinosaurios deambulaban por las costas de Wyoming, luego pasa por encima de una cámara subterránea, a 30 pies por debajo, conocida como la Cueva del Bajo Kane. La entrada de la cueva es casi invisible, una grieta casi enterrada por los escombros apilados del terraplén del ferrocarril.
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Tropezando por esta pendiente que se torcía en el tobillo detrás de un equipo de científicos, me retorcí primero a través de la grieta de 30 pulgadas. Doblado dos veces y avanzando torpemente en la penumbra, me deslicé en una corriente de rápido movimiento y me tambaleé a cuatro patas antes de encontrar suficiente espacio para estar de pie en el banco de barro. Mis ojos pronto se acostumbraron al brillo tenue de mi faro, pero mi piel permaneció pegajosa; A diferencia de la mayoría de las cuevas en esta latitud que se mantienen agradablemente frescas durante todo el año, la temperatura en el Bajo Kane oscila a 75 grados incómodamente húmedos. Un olor acre y podrido atrapado en mi garganta.
Lower Kane no tiene ninguna de las columnas brillantes o "cortinas" de piedra caliza de lugares turísticos subterráneos como las Cavernas de Carlsbad de Nuevo México o MammothCave de Kentucky. Apenas más grande que una típica estación de metro de la ciudad de Nueva York, Lower Kane carece incluso de la estalactita más humilde. Sin embargo, esta cueva sin pretensiones está demostrando ser una mina de oro científica, atrayendo a sus profundidades húmedas a un grupo enérgico de investigadores, dirigido por Annette Summers Engel de la Universidad de Texas. Usando máscaras de seguridad para protegerse contra los gases tóxicos que brotan de tres piscinas alimentadas por manantiales, el equipo persigue el último capítulo en un esfuerzo de 30 años para comprender la forma rara y exótica de cueva que representa Kane; Solo alrededor de una docena de estas llamadas cuevas de sulfuro activo se han encontrado en todo el mundo. Cuando se propuso por primera vez a principios de la década de 1970, la teoría de sus orígenes era tan controvertida que la comunidad científica tardó casi dos décadas en adoptarla. Finalmente, la geoquímica inusual de estas cuevas anuló el pensamiento convencional sobre cómo se formaron.
Más significativamente, el descubrimiento de la "vida oscura", colonias de microbios que prosperan en estos infiernos negros y completamente negros, ha arrojado la creencia de que las cuevas son en su mayoría lugares estériles y estériles. Los científicos están buscando en estas profundidades una vez escondidas microbios que pueden conducir a nuevos tratamientos contra el cáncer. Y la investigación en cuevas también está afectando el pensamiento de los científicos sobre los orígenes de la vida en la tierra y su posible existencia en otros mundos. "Una cueva es un entorno tan diferente, es casi como ir a otro planeta", dice el geomicrobiólogo de New Mexico Tech, Penny Boston. “En cierto sentido, es otro planeta, la parte de nuestro propio planeta que aún no hemos explorado. Así como los océanos profundos se hicieron accesibles a la ciencia solo en las últimas décadas, ahora estamos encontrando ese tipo de esfuerzo pionero en cuevas ". (Una exploración televisiva de la investigación de cuevas, " Mysterious Life of Caves ", se transmite en PBS NOVA 1 de octubre.)
A finales de los años 60, un estudiante graduado de la Universidad de Stanford que buscaba un tema desafiante para su tesis doctoral se convirtió en el primer científico en atravesar la grieta en el terraplén ferroviario de Wyoming. La curiosidad de Stephen Egemeier se despertó inmediatamente por las temperaturas inusualmente cálidas y los olores desagradables de Lower Kane. Aún más extraños fueron los enormes y fangosos montones de un mineral blanco desmenuzado que rara vez se encuentra en las cuevas. Este era yeso, o sulfato de calcio, el ingrediente principal en el yeso o paneles de yeso, el material familiar de la construcción de viviendas. Cuando Egemeier descubrió que los manantiales de Lower Kane no solo estaban calientes sino que burbujeaban gas de sulfuro de hidrógeno (conocido por su olor a podrido), teorizó que el sulfuro de hidrógeno estaba trabajando activamente en tallar el Bajo Kane. Independientemente de la fuente subterránea de la que provenía el gas potencialmente tóxico, ya sea los depósitos volcánicos de Yellowstone al oeste o los campos petroleros de BighornBasin al sur, estaba saliendo del agua de manantial hacia la cueva. Naturalmente inestable, reaccionaba con oxígeno en el agua para formar ácido sulfúrico. El ácido estaba carcomiendo las paredes de la cueva y produciendo yeso como subproducto.
La investigación pionera de Egemeier nunca se publicó ampliamente y atrajo poca atención en los años 70. Pero mientras languidecía, otro grupo de científicos estaba lidiando con algunos acertijos de cuevas igualmente desconcertantes. Esta vez, la búsqueda de detectives científicos se desarrolló lejos de los escarpados cañones de Wyoming en las profundidades bien pisoteadas de un importante destino turístico, las Cavernas de Carlsbad.
La primera historia de Carlsbad es esencialmente la historia de un solo individuo, Jim White. Cuando era adolescente en la década de 1890, White deambulaba cerca de su campamento en las montañas Guadalupe del sureste de Nuevo México cuando vio una extraña nube oscura que se elevaba desde el suelo del desierto. "Pensé que era un volcán", dijo más tarde, "pero nunca había visto un volcán". Trazando la nube hasta su origen en la boca de una gigantesca caverna, White se quedó paralizado por el espectáculo de millones de murciélagos vertiéndose. en su éxodo de caza nocturno. Así comenzó su obsesión de por vida con las Cavernas de Carlsbad, que generalmente exploraba solo, con solo el débil parpadeo de una lámpara de queroseno para guiarlo. Las historias de White sobre un vasto laberinto subterráneo lo convirtieron en una especie de risa local hasta que persuadió a un fotógrafo para que lo acompañara a la cueva en 1915. En los meses siguientes, White bajaría a los visitantes en un balde de hierro en un cabrestante tambaleante hacia la oscuridad. pies debajo Hoy, por supuesto, su obsesión solitaria se ha convertido en un parque nacional que atrae a medio millón de visitantes al año.
Pero quizás el aspecto más sorprendente de la historia de Carlsbad es que incluso en la década de 1970, cuando los visitantes diarios de verano eran miles, la mineralogía de las cavernas y sus muchas características desconcertantes apenas habían sido estudiadas. La espeleología, o el estudio de las cuevas, era apenas una ciencia respetable, y según la experta en cuevas Carol Hill, los geólogos convencionales tendían a descartar como "espeluznantes espeleólogos" a aquellos que se sentían atraídos por el tema.
Entonces, un día de octubre de 1971, Hill y otros tres jóvenes estudiantes graduados de geología subieron una empinada escalera a una de las cámaras remotas de Carlsbad. Mientras deambulaban por la Habitación Misteriosa, llamada así por el extraño ruido que hacía el viento allí, estaban desconcertados por parches de arcilla azulada a sus pies y costras desmoronadas, como copos de maíz en las paredes. Más extraño aún eran los bloques masivos de un mineral suave y blanco en otra parte de la cueva. Tales bloques no deberían haber estado allí en absoluto.
Por un lado, este mineral, yeso, se disuelve rápidamente en agua. Y la explicación convencional de cómo se forman las cuevas implica la acción del agua, mucha, que se filtra a través de la piedra caliza durante millones de años. La química es simple: a medida que la lluvia cae a través de la atmósfera y gotea en el suelo, recoge dióxido de carbono y forma una solución ácida débil, ácido carbónico. Esta agua subterránea ligeramente corrosiva se come la piedra caliza y, durante eones, graba una cueva.
De acuerdo con esta teoría universalmente aceptada, todas las cuevas de piedra caliza deben consistir en corredores largos y estrechos. Sin embargo, como cualquiera que haya recorrido la atracción principal de Carlsbad, la Sala Grande, lo sabe, es una sala gigantesca, parecida a una catedral, que se extiende sobre el equivalente a seis campos de fútbol. Si un gran río subterráneo hubiera excavado esta inmensa caverna, debería haber erosionado o barrido todo a su paso, incluido el yeso. Sin embargo, grandes montones blancos de las cosas de hasta 15 pies de espesor yacen en el piso de la Gran Sala, uno de los espacios de cuevas más grandes del mundo.
Desconcertado, Hill se vio obligado a concluir que algún método drásticamente diferente de formación de cuevas debe haber estado funcionando en las montañas de Guadalupe. Pronto se le ocurrió una teoría similar a la de Egemeier: que el sulfuro de hidrógeno emitido por los campos cercanos de petróleo y gas había surgido a través de las montañas y reaccionado con oxígeno en el agua subterránea para producir ácido sulfúrico, que luego se había comido las cuevas durante millones de años. .
Su teoría del sulfuro de hidrógeno despertó un intenso escepticismo entre los geólogos, que buscaban pruebas, que Carlsbad, como una "caverna" muerta o que ya no se formaba, no podía proporcionar. Para confirmar la teoría de Hill, los científicos necesitaban investigar un sitio donde el ácido sulfúrico todavía estaba carcomiendo la cueva, como lo estaba en el Bajo Kane. Pero a lo largo de los años, la pequeña cueva debajo de la vía del tren había sido más o menos olvidada.
En 1987, apareció por fin el minucioso estudio de Hill sobre los Guadalupes, que coincidió con la publicación del trabajo de Stephen Egemeier después de su muerte en 1985. Estos estudios, junto con los nuevos descubrimientos de un puñado de otras cuevas de sulfuro activas en todo el mundo, demostraron sin lugar a dudas que las cuevas en algunas regiones fueron formadas por ácido sulfúrico. Pero ahora surgió una pregunta más tentadora: ¿cómo podría prosperar la vida dentro de cavernas oscuras llenas de gases tóxicos?
Uno de mis momentos más espeluznantes cuando visité Lower Kane fue cuando apunté el haz de la linterna a una de las tres piscinas de la cueva. Justo debajo de la superficie del agua se extendía un patrón loco de esteras fibrosas y espeluznantes en sorprendentes tonos de azul-negro, bermellón y deslumbrante naranja Day-Glo, como si algún artista pop de la década de 1960 hubiera arrojado pintura en todas direcciones. En algunos lugares, los patrones anaranjados moteados y picados me recordaron las imágenes de la NASA de la superficie árida de Marte. En otros, parecía que alguien hubiera arrojado salsa de espagueti al agua. Y flotando en el agua directamente sobre cada primavera, filamentos blancos como arañas, como delicadas telarañas, realizaban una danza fantasmal bajo el agua en las corrientes que burbujean desde abajo.
Los colores psicodélicos pertenecían a esteras bacterianas, películas gelatinosas de compuestos de carbono generados por microbios invisibles. Estos subproductos vívidos de la actividad bacteriana se pueden ver agrupados alrededor de las aguas termales en Yellowstone y en otros lugares, aunque en la superficie pueden verse abrumados por la competencia de las algas y otros organismos. Pero, ¿qué estaban haciendo aquí en Lower Kane, prosperando tan abundantemente en un lugar con gases venenosos y sin luz solar?
Durante la mayor parte del siglo XX, los científicos creían que ninguna bacteria podría existir más allá de unos pocos metros debajo de la capa superficial del suelo o el lodo marino; debajo de eso, pensaron los científicos, la vida simplemente se esfumó. Luego, en 1977, se produjo el asombroso descubrimiento de extraños gusanos tubulares y otros animales exóticos, todos acurrucados alrededor de volcanes sumergidos tan profundos en el Pacífico que la luz solar no los alcanza. Este ecosistema de otro mundo resultó depender casi por completo de la actividad de las bacterias amantes del azufre, prosperando en las corrientes y gases escaldantes liberados por los respiraderos submarinos. Pronto siguieron revelaciones igualmente sorprendentes sobre microbios en otros lugares poco probables: se encontraron bacterias en núcleos perforados a más de una milla por debajo de Virginia, dentro de rocas de la Antártida inhóspita, y a más de seis millas de profundidad en el Pacífico en el fondo de la Fosa de las Marianas. Algunos científicos ahora especulan que las bacterias ocultas del subsuelo pueden ser iguales a la masa de todo el material vivo que se encuentra arriba.
Esta "vida oscura", aislada durante miles de millones de años, abre perspectivas tentadoras para los científicos. Los microbiólogos esperan que las bacterias subterráneas puedan conducir a nuevos antibióticos o agentes anticancerígenos. Los especialistas de la NASA los están investigando con la esperanza de identificar firmas que puedan reconocer en muestras de rocas de Marte o en sondas que algún día puedan penetrar en los mares congelados de Europa, una de las lunas de Júpiter.
Pero el desafío para todos estos cazadores de insectos subterráneos es el acceso, que es donde entra Lower Kane. "Las cuevas ofrecen una ventana perfecta para el mundo normalmente oculto de la actividad microbiana", dice Diana Northup, investigadora de cuevas en la Universidad de Nuevo México “Algunos investigadores especulan que la vida evolucionó primero bajo tierra y se trasladó a la superficie a medida que las condiciones mejoraron. Si esto es cierto, entonces los estudios de microbios subsuperficiales pueden ofrecer pistas sobre la naturaleza de algunas de las formas de vida más tempranas de la Tierra ".
Aunque LowerKaneCave me había dado un baño y un hematoma o dos, mis molestias no fueron nada comparadas con las millas de retorcerse y apretarse para penetrar en muchas otras cuevas de sulfuro. Su accesibilidad fue una de las razones por las que Lower Kane atrajo a Annette Summers Engel por primera vez en 1999 y cada año desde entonces, lo que le permitió a ella y a su equipo de geólogos, geoquímicos y expertos en ADN transportar equipos científicos dentro y fuera con relativa facilidad. Sus pruebas iniciales confirmaron rápidamente que Stephen Egemeier había estado en lo cierto: el ácido sulfúrico, el resultado de la reacción del sulfuro de hidrógeno con el oxígeno, todavía estaba carcomiendo las paredes de la cueva. La pregunta más intrigante era si las alfombras bacterianas de Lower Kane se sumaban al ataque ácido. Dado que algunas bacterias producen ácido sulfúrico como productos de desecho, ciertamente parecía posible. El plan de Summers Engel era abordar la cuestión desde varios ángulos diferentes. Una prueba de ADN, por ejemplo, podría identificar microbios particulares. Otras pruebas podrían determinar si un microbio se alimentó, por ejemplo, de azufre o hierro, y si estaba estresado o floreciente.
Los resultados preliminares cayeron sobre los investigadores. "Cuando llegamos a Lower Kane", dice Summers Engel, "naturalmente asumimos que cada esterilla consistiría principalmente en microbios oxidantes de azufre. Eso parecía sentido común. Lo que encontramos, en cambio, fue una complejidad asombrosa ”. De hecho, cada esterilla resultó ser tan diversa como una manzana de Manhattan. Había muchos microbios que comen azufre, todos alimentándose de los gases que burbujean en los manantiales. Pero también hubo una mezcla desenfrenada de otras bacterias. Por ejemplo, algunos, ajenos al azufre, se alimentaban de los desechos generados por sus vecinos. Tampoco todos los errores fueron arrojados al azar. Las bacterias que comen azufre, por ejemplo, se congregaron en la parte superior de la colchoneta; Como consumidores codiciosos de oxígeno, necesitaban el aire en la superficie de la primavera para sobrevivir. Los productores de metano que no necesitan oxígeno se concentraron, como era de esperar, en el fondo del tapete.
Para descubrir cómo las esteras en su conjunto estaban afectando a la cueva, los científicos idearon una prueba de elegante simplicidad, con dos tubos de plástico, cada uno con chips de piedra caliza idénticos. La boca de uno estaba cubierta con una cruda malla de plástico, permitiendo que tanto los microbios como el agua del manantial giraran dentro. El otro estaba cubierto con una membrana que admitía agua pero evitaba los microbios. Después de sumergir ambos tubos en la primavera durante varios meses, el equipo estudió los chips con un microscopio. El chip expuesto tanto al agua ácida como a los microbios presentaba más picaduras y cicatrices que el expuesto solo al agua. Aquí estaba la prueba de que los microbios productores de ácido estaban acelerando la creación de la cueva. "No hay duda de que los microbios están agregando a la química del ácido que está disolviendo la piedra caliza", dice el geoquímico de la Universidad de Texas, Libby Stern, "y que sin las esteras, el Bajo Kane probablemente se estaría formando a un ritmo mucho más lento".
Pero otro hallazgo fue aún más tentador: una especie de microbio totalmente nueva, identificada tentativamente por la bióloga de la Universidad BrighamYoung, Megan Porter. El nuevo organismo parece estar estrechamente relacionado con los microbios que se encuentran en los respiraderos submarinos en las profundidades del Pacífico, un probable punto de origen para el surgimiento de la vida. "Este es un descubrimiento emocionante", dice Porter, "porque implica que los tipos de metabolismos que se encuentran en LowerKaneCave son muy antiguos". También se ajusta a la creciente evidencia de que la vida puede haber comenzado en las profundidades. En refugios subterráneos como cuevas, respiraderos submarinos y en el suelo, los microbios primitivos se habrían protegido de las explosiones volcánicas, los bombardeos de meteoritos y la intensa radiación ultravioleta que hizo que el planeta fuera tan inhóspito en sus primeros años. En estos antiguos refugios, que los humanos acaban de descubrir cómo penetrar, la vida evolucionó lejos de la luz solar, a menudo en condiciones extremas de calor y acidez. Las esteras psicodélicas de Kane nos recuerdan cuán extraordinariamente diversos y resistentes debieron haber sido los antiguos pioneros de la tierra.
Pero los horizontes de la investigación en cuevas se extienden mucho más allá de nuestro propio planeta. Muchos astrónomos y geólogos especulan que la luna de Júpiter, Europa y Marte, albergan condiciones de agua y subsuperficies similares a las nuestras. Si los microbios pueden sobrevivir en condiciones difíciles aquí, ¿por qué no allí también? "Nuestro trabajo en cuevas ha ampliado los límites conocidos de la vida en nuestro propio planeta", dice Penny Boston. "Pero también es un gran ensayo general para estudiar sitios biológicos en otros planetas, y empujar nuestra imaginación para conectar los 'terrestres internos' de la Tierra con los del espacio exterior".
